کاتالیست

کاربرد کاتالیست در پالایشگاه ها و پتروشیمی ها :

کاربرد کاتالیست در پالایشگاه ها و پتروشیمی ها:

فرآیندهای کاتالیستی از مهمترین و کلیدی ترین عملیات صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و شیمیایی کشورهای توسعه یافته و یا درحال توسعه به شمار می روند و با توجه به اینکه کاتالیست در تولید انواع سوخت ها و طیف وسیعی از فرآورده های میانی و نهایی مورد نیاز جامعه، نقش حیاتی دارند، اهمیت آنها به طور روز افزونی در حال افزایش است. کاتالیست ها در بخش های متفاوت از واحدهای پالایش نفت کاربرد دارد که در ادامه به کاربرد کاتالیست های متفاوت در بخش های متفاوت خواهیم پرداخت.

کاتالیست

کاربرد کاتالیست :

اولین کاربرد کاتالیست در هیدروگروگرد زدایی (HDS) است که در این فرایند از کاتالیست های فلزی نیکل، کبالت و مولیبدن در دمای 400 درجه سانتی گراد و گاز هیدروژن در فشار بالا استفاده می شود. در این فرایند از تجهیزاتی جهت به دام انداختن و حذف گاز هیدروژن سولفید استفاده می­شود که در نتیجه آن، گاز مربوطه به گوگرد مولکولی  یا سولفوریک اسید تبدیل می شود

ریفورمینگ کاتالیزوری:

از کاتالیزورهای پلاتین بر روی پایه اسیدی استفاده می­شود. این کاتالیزورها دو عاملی هستند یعنی هم فلز و هم پایه اسیدی در فعال سازی واکنش ها نقش موثر دارد. در عملیات ریفورمینگ، پلاتین واکنش های هیدروژن زدایی و هیدروژناسیون را فعال می کند و عامل اسیدی در مورد واکنش های ایزومری و هیدروکراکینگ موثر است. مجموعه دو عامل کاتالیزور نیز واکنش های حلقوی شدن را فعال می کند.

کراکینگ:

کراکینگ کاتالیزوری از مهمترین فرایندهای پالایشی است که برای تبدیل برش های سنگین به مواد سبک تر و با ارزشتر به ویژه بنزین  به کار می رود. در این فرایند خوراک مربوطه معمولا گازوییل تقطیر اولیه است ولی می­تواند گازوییل تولیدشده در سایر واحدهای پالایشگاهی را نیز به عنوان خوراک به کار برد. فراورده نهایی آن، گازهای سبک سیر شده و سیر نشده، بنزین، گازوییل های سبک و سنگین (تبدیل نشده) می­باشد. در این قسمت از سه دسته کاتالیزور استفاده می­شود:

-آلومینوسیلیکات طبیعی

-سیلیس آلومین های امورف سنتزی

-سیلیس آلومین های بلورین سنتزی که از نوع زئولیت های یا الک های مولکولی می­باشد. در صنعت بیشتر از از کاتالیزورهای گروه سوم و یا مخلوطی از گروه دوم وسوم استفاده می­شود.زیرا زیولیت ها به علت فعالیت بیشتر بر بازده و کیفیت بنزین تاثیر مثبت دارند. سیلیس-آلومین آمورف در مقابل سایش مقاومتر است و بنابراین تلفیق سیلیس آلومین بلورین با نوع آمورف امکان استفاده از امتیازات هر دوی این کاتالیزورها را فراهم می­کند.

-سیلیس آلومین های بلورین سنتزی که از نوع زئولیت های یا الک های مولکولی می­باشد. در صنعت بیشتر از از کاتالیزورهای گروه سوم و یا مخلوطی از گروه دوم وسوم استفاده می­شود.زیرا زیولیت ها به علت فعالیت بیشتر بر بازده و کیفیت بنزین تاثیر مثبت دارند. سیلیس-آلومین آمورف در مقابل سایش مقاومتر است و بنابراین تلفیق سیلیس آلومین بلورین با نوع آمورف امکان استفاده از امتیازات هر دوی این کاتالیزورها را فراهم می­کند.

کراکینگ کاتالیزوری

فرایند الکیلاسیون:

الکیلاسیون یعنی افزایش یک گروه الکیل به یک ترکیب آلی ولی در اصطلاح پالایش نفت، الکیلاسیون عبارت است از واکنش یک اولفین سبک با یک ایزوپارافین در دما و فشار بالا، واکنش الکیلاسیون می­تواند بدون کاتالیزور صورت گیرد ولی در فرایندهای صنعتی الکیلاسیون در دمای پایین و در حضور کاتالیزور انجام می­شود.

خوراک الکیلاسیون از ایزوبوتان و اولفین های سبک است. اولفین های اساسا از واحدهای کک سازی و کراکینگ کاتالیزوری به دست می ایند. از بین اولفین ها،پروپن و بوتن ها بیشتر مصرف می شوند ولی گاهی از اتیلن و پنتن ها به عنوان خوراک استفاده می شود. اولفین ها را می­توان از طریق هیدروژن زدایی از پارافین نیز بدست آورد. ایزوبوتان معمولا از واحدهای هیدروکراکینگ به دست می­آید ولی می توان آن را از واحدهای رفرمینگ، تقطیر نفت خام و فراورش گاز طبیعی نیز تهیه کرد. همچنین از طریق ایزومری نرمال بوتان نیز به دست می آید.

فراورده های واحد الکیلاسیون عبارتند از بنزین الکیلیت، پروپان و نرمال بوتان (که همراه خوراک وارد واحد می­شوند) و قطران که ماده غلیظ و قهوه­ای است حاوی مخلوط از سیکلوپنتادین های مزدوج با زنجیرهای جانبی.

در این واحد از کاتالیزورهای اسیدی مختلف مانند اسید پروتونی (HF و H2SO4) و یا اسیدهای لویس (AlCl3، BF3) استفاده می شود. فقط اسیدهای قوی می توانند کاتالیزورهای موثری برای الکیلاسیون باشند. اسیدهای ضعیف موجب واکنش های پلیمری می­ شوند. در صنعت با توجه به سلکتیویته مناسب و سهولت کنترل فعالیت کاتالیزوری، منحصرا از اسید سولفوریک و اسید هیدروفلوئوریک استفاده می­شود. در طی الکیلاسیون، فعالیت کاتالیزور به علت تشکیل کمپلکس با دی اولفین ها و نیز به علت رقیق شدن با آب، به تدریج کاهش می­یابد. این اسیدها واکنش های پلیمری الفین ها را نیز فعال می کنند. برای محدود کردن پلیمری باید ایزوبوتان را اضافه بر مقدار لازم به کار برد. در مقایسه با اسید سولفوریک، اسید هیدروفلوئوریک در محدوده وسیعتری از دما، سلکتیویته اش را حفظ می ­نماید.

فرایند پلیمری:

پلیمری شدن نقش مهمی در صنایع پتروشیمی ایفا میکند ولی در صنعت نفت به صورت محدود برای تولید بنزین با عدد اکتان بالا به کار می رود و رقیب ضعیفی برای فرایند الکیلاسیون می­باشد. پروپن و بوتن ها خوراک های مناسب واحد پلیمری هستند. را ابتدا به برج جذب C2 وسپس به برج تثبیت می فرستند از پایین این برج بنزین تثبیت شده و از بالای آن برش C3-C4 به دست می آید که خوراک واحد پلیمری است. در فرایند پلیمری، فراورده اصلی بنزین است که خواص آن بستگی به نوع خوراک دارد. در نتیجه دیمری شدن بوتن ها، اکتن به دست می­آیند که پس از هیدروژنی شدن، بنزین مرغوبی تولید می کنند. کاتالیزوری مورد استفاده در پلیمری، اسید فسفریک است. بعضی از واحدها از اسید فسفریک مایع استفاده می کنند ولی معمولا نوع جامد آن به صورت اسید فسفریک بر روی پایه کیزل گور یا یک لایه نازک اسید بر روی کوارتز خرد شده به کار می­رود.

فرایند ایزومری:

عدد اکتان بنزین سبک را می­توان با استفاده از فرایند ایزومری که طی آن نرمال پارافین ها به ایزومرهای شاخه دار شان تبدیل می­شوند، بهبود بخشید. خوراک این واحد بنزین سبک است که مخلوط هیدروکربن های 5 و6 کربنی می­باشد. در این بنزین انواع خطی هیدروکربن ها غلبه دارد. فراورده این واحد بنزین سبکی است که از همان هیدروکربن های 5 و 6 کربنی تشکیل شده است با این تفاوت که در این حالت ایزومرهای شاخه دار غلبه یافته اند و به همین سبب عدد اکتان محصول نسبت به خوراک افزایش پیدا کرده است. از این واحد برای تبدیل نرمال بوتان به ایزو بوتان نیز استفاده می­شود. کاتالیزورهای مناسب برای واکنش ایزومری باید دارای خاصیت اسیدی باشند. تاکنون دو نوع کاتالیزور برای ایزومری پارافینها ارائه شده­اند:

– کاتالیزورهای فریدل-کرافتس

کاتالیزورهای دوعاملی که در کنار عامل اسیدی، دارای یک عامل هیدروژناسیون و هیدروژن زدای فلزی نیز می­باشند

اولین کاتالیزورهای فریدل-کرافتس از نوع آمونیوم کلرید بدون آب بودند بعدها کاتالیزورهای متشکل از AlBr3-HBr یا مخلوط های AlCl3 و SbCl3 در حضور HCl اهمیت یافتند. امتیاز این کاتالیزورها فعالیت زیادشان بود به طوری که در دمای کمتر از 100 درجه سانتی گراد قادر بودند تعادل ترمودینامکی پارافین سبک را برقرار سازند. با این حال سلکتیویته این کاتالیزور کم بود و نسبت به ناخالصی های خوراک بسیار حساس بودند و در دستگاه ها نیز اشکالات خوردگی به وجود می آورند.

در کاتالیزورهای دو عاملی، فلزی که اغلب به کار می­رود پلاتین است که بر روی پایه جامد با سطح زیاد نشانده شده است. اولین کاتالیزورهای این نوع، پلاتین بر روی پایه سیلیس-آلومین ، زئولیت Z بودند که برای فعال شدند به دمای 300 تا 350 درجه سانتی گراد نیاز داشتند. بعدها توانستند به کمک عوامل فعال کننده نظیر آلومینیم کلرید و مشتقات کلردار، دمای واکنش به حدود120 تا 200 درجه سانتی گراد برسانند.

واحدهای پتروشیمی:

فرایندهای کاتالیزوری در این مورد نسبت به فرایندهای صنعت نفت، حجم خیلی کمتری را اشغال می‌کنند ولی محصولات فوق‌العاده مهم و بسیار متنوعی تولید می‌کنند مانند تولید پلی اتیلن و اتیلن، تولید پروپین، هیدروژن زدایی از پارافین‌های خطی، تولید سیکلو هگزان

ریفرمینگ

ریفرمینگ چیست ؟

ریفرمینگ (Reforming):

این فرایند معمولا در پالایشگاهها برای تولید سوخت با عدد اکتان بالاتر استفاده می­شود. در این فرایند تعداد اتم های کربن در خوراک و محصول یکسان بوده ولی تعداد اتم های هیدروژن تغییر می کند. ریفرمینگ مانند کراگینگ ممکن است حرارتی یا کاتالیستی باشد. کاتالیست های این فرایند معمولا دو عاملی و عموما پلاتین و آلومینا می­باشند.

ریفرمینگ کاتالیزوری:

ریفرمینگ کاتالیزوری یکی از واحدهای اساسی هر پالایشگاه است که هدف آن افزایش عدد اکتان بنزین است. از سال 1930 با کاربرد کاتالیزورهای جامد در صنعت نفت، کوشش هایی در جهت راه اندازی واحدهای ریفرمینگ کاتالیزوری انجام شد ولی بهره برداری عملی و صنعتی از ریفرمینگ در سال 1949 به وسیله شرکت یو.اُ.پی، تحت عنوان پلاتفرمینگ صورت گرفت. پس از آن با گسترش صنایع اتومبیل سازی و استفاده از موتورهای بنزینی با نسبت تراکم بالا، تقاضا برای سوخت های با عدد اکتان بالا افزایش یافت و به این ترتیب روز به روز براهمیت ریفرمینگ افزوده شد. در سال های اخیر به دلایل زیر تحولاتی در فرایند ریفرمینگ ایجاد شده است.

 

الف– مبارزه با آلودگی محیط زیست و لزوم کاهش و یا حذف ترکیبات سرب دار بنزین ها

ب- توسعه روزافزون صنعت پتروشیمی و نیاز به آروماتیک هایی نظیر بنزن، تولوئن و زایلن که از طریق ریفرمینگ تولید می شوند

ج- ارائه فرمول­های جدید جهت ساخت کاتالیزورهای ریفرمینگ

د- ارائه تکنولوژی بستر متحرک کاتالیزوری جهت فرآیند ریفرمینگ

 

خوراک واحدهای رفرمینگ، بنزین سنگین و نفتاست و فاصله جوش این خوراک در محدوده 12080 درجه سانتی گراد قرار داردکه با توجه به شرایط هر پالایشگاه می­تواند اندکی تغییر کند. رفرمینگ برش های سبک به علت تمایلشان به تجزیه و ایجاد بوتان و گازهای سبکتر مقرون به صرفه نیست. همچنین هیدروکربن هایی که بالاتر از 210 درجه سانتی گراد می جوشند به علت شکسته شدن پی در پی و تولید زیاد کربن، برای رفرمینگ مناسب نیستند.

خوراک ریفرمینگ از هیدروکربن های مختلف پارافینی، نفتنی، آروماتیک و بندرت اولفینی شامل 5 تا 10  تشکیل شده است.

فراورده اصلی ریفرمینگ بنزینی است با عدد اکتان بالا که با سایر بنزین ها ی پالایشگاهی مخلوط می شود. نقطه جوش نهایی این فراورده 10 تا 30 درجه سانتی گراد بالاتر از خوراک است. یکی از فراورده های جانبی واحد ریفرمینگ هیدروژن است که علاوه بر مصرف در خود واحد در بعضی دیگر از واحدهای پالایشگاهی نیز استفاده می­شود. همچنین گازهای سبک پروپان و بوتان نیز در این واحد تولید می شوند که به علت خلوص بالا می­توانند مستقیما در سایر واحدها مورد استفاده قرار گیرند.

Oil-Solvents

حلال 402 چیست ؟

 حلال 402 چیست ؟

حلال 402 یکی از زیر شاخه‌های وایت اسپریت است که در دسته آروماتیک پایین قرار دارد. این نوع حلال ماده‌ای بی‌رنگ است و انحلال‌پذیری آن در آب بسیار کم است. حلال 402 را با نام حلال ویژه نیز می‌شناسند که به عنوان مرکب چاپ، حلال مواد آرایشی و بهداشتی، چربی‌گیر سطوح فلزی و … مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده بر اساس نوع تولید در سه گروه رتبه‌بندی می‌شود و بسته به نوع تولید کاربردهای مختلفی دارد.

حلال-402

حلال 403: 

 حلال 403 در دسته حلال‌های آروماتیک بالا قرار دارد و حدود تقطیر آن بین 152 تا 198 درجه سانتی‌گراد است. از جمله مواد اولیه برای تولید حلال 403 می‌توان به نفت سفید، گازوئیل و روغن سوخته اشاره کرد.این نوع حلال به عنوان رقیق کننده در صنایع الکل سازی، صنعت چاپ و رنگ سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

روش تولید حلال 402:

حلال­های نفتی برش­های میان تقطیری هستند که به­طور مستقیم یا غیرمستقیم از نفت به­دست می­آیند. دامنه برش و نوع ترکیب آنها توسط تولیدکننده برحسب کاربرد نهایی آنها تعیین می­شود. حلال­های نفتی به­طور وسیعی در صنایع مختلف شیمیایی از جمله صنایع رنگ، روغن­های صنعتی، چاپ، لاستیک سازی، چرمسازی و صنایع فلزی مورد استفاده قرار می­گیرند. بهترین خصوصیت حلال­های نفتی شفافیت، بیرنگ بودن و غیرقابل امتزاج بودن آنها با آب است ولی در حلال­های آلی مشابه حل می­شوند، قدرت حلال بستگی به نوع هیدروکربن­های تشکیل­دهنده آن و به­خصوص مقدار آروماتیک­های موجود در آن دارد. حضور هرکدام از هیدروکربن­ها روی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی حلال، مثل قدرت حلالیت، ویسکوزیته، دانسیته، بو و نوع کاربرد آن اثر دارد. حلال 402 از تقطیر نفت سفید به دست می­آید و نفت سفید از تقطیر جز به جز نفت خام در دمای 140 تا 275 درجه سانتیگراد به دست می آید. به طور کلی نفت سفید مخلوطی از مایعات نفتی است که شامل هیدروکربن هایی  با 10 تا 16 اتم کربن به صورت زنجیره ای و شاخه ای  می شود و وایت اسپیریت مخلوطی از ترکیبات آلیفاتیکی و آلیفاتیکی حلقوی می­باشد که دارای هیدروکربن هایی با تعداد کربن 7 تا 12 می باشد. در نتیجه با کراکینگ نفت سفید سنگین  می توان به این ماده سبک تر دست یافت.

تقطیر نفت سفید سه جزء  را بین 140 تا 215 درجه تولید می کند. برش اولیه تقطیر این ماده حاوی 20 % محتوای آروماتیک است که همان حلال  نوع صفر می باشد. حلال نوع 1 از هیدرودیسولفوریزاسیون نوع صفر به دست می آید و از هیدروژناسیون آن حلال نوع 3 با کمتر از 5 % آروماتیک به دست می آید که همان وایت اسپیریت بدون بو است.

حلال 402 پتروپالایش نیک یزد کد 7-88-64742

وایت اسپریت چیست؟

وایت اسپریت چیست ؟

یکی از دسته‌های حلال هیدروکربنی، حلال‌های وایت اسپریت است. وایت اسپریت مخلوطی از هیدروکربن‌های پارافینی و آروماتیکی است که در محدوده تقطیر 142 تا 200 درجه سانتی‌گراد قرار دارد. این حلال‌ها مایعاتی شفاف هستند که بوی ملایمی دارند و از نظر شیمیایی پایدار بوده و باعث خوردگی نمی‌شوند. وایت اسپریت‌ها بیشتر به عنوان حلال در لاک‌ها، حلال رنگ‌ها، حلال در چاپ پارچه، حلال چربی سطوح فلزی، حلال اثاثیه منزل، مبلمان، کف‌پوش‌ها و همچنین کفش‌های مومی و واکس استفاده می‌شود.

این نوع حلال بر اساس درصد آروماتیک‌های موجود در آن‌ها به دو دسته تقسیم می‌شود:

– آروماتیک بالا

 – آروماتیک پایین.

نفتا

نفتا چیست ؟

نفتا که بیشتر از هیدروکربن‌هایی تشکیل شده است که دارای 5 تا 12 اتم کربن هستند یکی از مهمترین و کلیدی‌ترین محصولات میانی صنعت پالایش نفت خام است. در هنگام تقطیر نفت خام، برش نفتا بین برش LPG و برش نفت سفید قرار دارد.  نفتا بیشتر به عنوان خوراک صنایع پتروشیمی استفاده می‌شود و بخشی از آن با سنتز آمونیاک برای تولید کود یا گاز استفاده می‌شود.

قطران زغال سنگ، شیل و نفت سه شکل مجزا از نفتا را تشکیل می‌دهند که هر کدام در شرایط متفاوتی تشکیل شده‌اند و به دلیل خواص شیمیایی خود برای اهداف متفاوتی استفاده می‌شوند در تولید مدرن، نفتا اغلب از تقطیر نفت خام به دست ‌می‌آید.

  نفتاها به طور کلی بر اساس تعداد اتم‌های کربن موجود در آن‌ها به دو دسته سبک و سنگین تقسیم می‌شوند که در ادامه به بررسی ویژگی‌ها و کاربرد آن‌ها می‌پردازیم:

نفتای سبک:

نفتای سبک به هیدروکربن‌هایی با 5 تا 7 اتم کربن گفته می‌شود و نقطه جوش آن‌ها در بازه‌ای بین 35 تا 135 درجه سانتی گراد می‌باشد. این برش نفتی بسیار فرار و قابل اشتعال بوده و در بسیاری از صنایع به عنوان حلال، سوخت و برای برخی موارد صنعتی کاربرد دارد.

نفتای سنگین:

مشتقی از نفت خام است که تقریبا در دمایی بین 70 تا 200 درجه سانتی گراد به جوش می‌آید  عمدتا حاوی آلکان و سیکلوآلکان و مقداری آروماتیک است. مولکول‌های نفتای سنگین معمولا بین 8 تا 12 اتم کربن دارند.

ایزومریزاسیون

ایزومریزاسیون

فرآیند ایزومریزاسیون:

ایزومریزاسیون، یک فرآیند شیمیایی است که طی آن یک ترکیب به هر یک از اشکال ایزومری خود تبدیل می شود، یعنی با ترکیب شیمیایی و وزن مولکولی یکسان، اما با ساختار یا پیکربندی متفاوت و از این رو، به طور کلی با خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت شکل می گیرد. برای درک بهتر مفهوم در ادامه به بررسی بوتان و ایزوبوتان می‌پردازیم:

ایزوبوتانبوتانپارامتر
11.7-5.-C)°) نقطه جوش
159.6-138.3-C)°) نقطه منجمد

ایزومریزاسیون، یک فرآیند شیمیایی است که طی آن یک ترکیب به هر یک از اشکال ایزومری خود تبدیل می شود، یعنی با ترکیب شیمیایی و وزن مولکولی یکسان، اما با ساختار یا پیکربندی متفاوت و از این رو، به طور کلی با خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت شکل می گیرد. برای درک بهتر مفهوم در ادامه به بررسی بوتان و ایزوبوتان می‌پردازیم:

با توجه به جدول و شکل فوق می توان متوجه شد که بوتان و ایزوبوتان از نظر نقطه جوش و نقطه انجماد(خواص فیزیکی) متفاوت ولی از نظر ترکیب شیمیایی یکسان هستند. فرآیند ایزومریزاسیون جهت تبدیل نفتای سبک به ایزومریت مورد استفاده قرار می گیرد.خوراک این نوع فرآیند هیدروکربن های 5و 6 کربنه هستند که به کمک کاتالیست به ترکیبات ایزومر(شاخه دار) همان هیدروکربن تبدیل می شوند.

مکانیسم انجام این فرآیند بدین صورت است که هیدروژن در دمایی بین 93 تا 204 درجه سانتی‌گراد با نفتای سبک(C5 و C6) واکنش می‌دهد و به مخزن راکتور حاوی کاتالیزور پلاتین تزریق می‌شود. کاتالیزور و گرما مولکول‌های  C5 و C6 را به ایزومرهای خود تبدیل می‌کنند و نفتاهای سبکی که واکنش نداده‌اند را برای افزایش بازدهی، بازیافت می‌کنند.این فرایند با هدف تولید بنزین با اکتان بالا، با تغییر ساختاری اسکلت کربن از بخش‌های نفتی کم اکتان انجام می‌شود.

واحدهای ایزومریزاسیون یکی از سودآورترین روش ها برای تولید بنزین با اکتان بالا در پالایشگاه‌ها می باشد و امکان تولید سوخت با مشخصات مطابق با استانداردهای سختگیرانه EURO-4 و EURO-5 را فراهم می کند.